JP2003243362A - Plasma treatment method and apparatus thereof - Google Patents

Plasma treatment method and apparatus thereof

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JP2003243362A
JP2003243362A JP2002038730A JP2002038730A JP2003243362A JP 2003243362 A JP2003243362 A JP 2003243362A JP 2002038730 A JP2002038730 A JP 2002038730A JP 2002038730 A JP2002038730 A JP 2002038730A JP 2003243362 A JP2003243362 A JP 2003243362A
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任光 金清
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明彦 光田
Takeshi Shimada
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Saburo Kanai
三郎 金井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching method for inhibiting adhesion of a reaction product to an inner wall of a vacuum container and to provide a cleaning method for efficiently removing an adhered reaction product. <P>SOLUTION: In a plasma treatment method, a treatment gas is supplied to a vacuum container 2 for forming a plasma generation section, and an antenna 1 and a Faraday shield 8 that are provided at the outer periphery of the vacuum container 2 and can apply high-frequency power are used to generate plasma 6 for treatment. In the plasma treatment method, voltage not lower than 500 V is applied to the Faraday shield 8, and a sample 12 that is provided in the vacuum container 2 while a material to be etched is a nonvolatile material is etched. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマにより試
料のエッチング及び真空容器内壁のクリーニングを行う
プラズマ処理方法及び処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and a processing apparatus for etching a sample and cleaning the inner wall of a vacuum container with plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイス製造分野においては、D
RAM(Dynamic Random AccessMemory)やLOGIC
等の被エッチング材料として用いられてきたSi,A
l,SiO2 等の材料に加えて、FRAM(Ferroelect
ric Random Access Memory)やMRAM(Magnetic Rand
om Access Memory)などでは不揮発性の材料が被エッチ
ング材料として使用されつつある。不揮発性の材料は、
エッチング時の反応生成物の融点が高いためエッチング
されにくい。また、エッチング後の反応生成物の蒸気圧
が低く真空容器内壁への付着係数が高いため、数枚〜数
百枚の試料を処理することにより真空容器内壁が堆積物
によって覆われ、後に剥がれ落ちることによって異物多
発の原因になっている。また、堆積物によって誘導アン
テナと反応容器内プラズマとの結合状態が変わり、エッ
チング速度や均一性,エッチング垂直性,エッチング側
壁へのサイドウオール付着状況等の経時変化を引き起こ
したりする。不揮発性材料の具体的な例としては、MR
AMや磁気ヘッドに用いられる強磁性,反強磁性材料の
Fe,NiFe,PtMn,IrMn。また、DRAMの
キャパシタ部やゲート部,FRAMのキャパシタ部,M
RAMのTMR(Tunneling Magneto Resistive)素子部
に用いられる貴金属材料のPt,Ir,Au,Ta,R
u。その他にも、高誘電体材料のAl23,HfO3
Ta23,強誘電体材料のPZT(チタン酸ジルコン酸
鉛),BST(チタン酸バリウムストロンチウム),S
BT(タンタル酸ストロンチウムビスマス)等が挙げら
れる。
2. Description of the Related Art In the field of semiconductor device manufacturing, D
RAM (Dynamic Random AccessMemory) and LOGIC
Si and A that have been used as materials to be etched
In addition to materials such as l and SiO 2 , FRAM (Ferroelect
ric Random Access Memory) and MRAM (Magnetic Rand
Non-volatile materials are being used as materials to be etched in om access memory). The non-volatile material is
Since the melting point of the reaction product during etching is high, it is difficult to etch. In addition, since the vapor pressure of the reaction product after etching is low and the adhesion coefficient to the inner wall of the vacuum container is high, the inner wall of the vacuum container is covered with deposits by processing several to several hundred samples, and then peels off later. This is a cause of frequent foreign substances. Further, the deposit changes the coupling state between the induction antenna and the plasma in the reaction chamber, which causes a change with time such as etching rate, uniformity, etching verticality, and sidewall adhesion on the etching sidewall. As a specific example of the non-volatile material, MR
Fe, NiFe, PtMn, IrMn of ferromagnetic and antiferromagnetic materials used for AM and magnetic heads. In addition, the DRAM capacitor portion and gate portion, the FRAM capacitor portion, M
Noble metal materials Pt, Ir, Au, Ta, R used for TMR (Tunneling Magneto Resistive) element part of RAM
u. In addition, high dielectric materials such as Al 2 O 3 , HfO 3 ,
Ta 2 O 3 , ferroelectric materials such as PZT (lead zirconate titanate), BST (barium strontium titanate), S
Examples thereof include BT (strontium bismuth tantalate).

【0003】従来のプラズマ処理方法及び処理装置の一
つとして、真空容器外周に設けたコイル状のアンテナに
よる誘導型のプラズマ処理装置やマイクロ波を導入する
プラズマ処理装置等があった。いずれの装置においても
不揮発性材料をエッチングする際に、真空容器内壁への
堆積物の対策が十分でなかったために大気開放を伴った
洗浄を繰り返し行っていた。一度洗浄を行うと次の試料
の処理着工までに6〜12時間も要すことから装置の稼
動効率の低下につながっていた。
As one of conventional plasma processing methods and processing apparatuses, there have been an induction type plasma processing apparatus using a coil-shaped antenna provided on the outer circumference of a vacuum container and a plasma processing apparatus for introducing microwaves. In any of the apparatuses, when etching the non-volatile material, the measures against the deposits on the inner wall of the vacuum container were not sufficient, and therefore the cleaning accompanied by opening to the atmosphere was repeated. Once cleaning is performed, it takes 6 to 12 hours until the process start of the next sample, which leads to a decrease in the operating efficiency of the apparatus.

【0004】その一方では、アンテナとプラズマとの間
にファラデーシールドを設け、このファラデーシールド
に高周波電源を接続し電力を供給することで、真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制し、かつ真空容器内壁
のクリーニングを可能とした装置が提案されている。そ
の一例として、特開平10−275694号公報,特開
2000−323298号公報がある。
On the other hand, a Faraday shield is provided between the antenna and the plasma, and a high frequency power source is connected to the Faraday shield to supply electric power, thereby suppressing the adhesion of reaction products to the inner wall of the vacuum container, and An apparatus has been proposed that enables cleaning of the inner wall of a vacuum container. As examples thereof, there are JP-A-10-275694 and JP-A-2000-323298.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、具体的なエッチング方法及びクリー
ニング方法については、十分な検討が行われていなかっ
た。
However, in the above-mentioned prior art, the specific etching method and cleaning method have not been sufficiently studied.

【0006】そこで、本発明の目的は、このような問題
点に鑑みてなされたもので、誘導アンテナとプラズマと
の間にファラデーシールドを設けたプラズマ処理装置に
おいて、試料処理中に真空容器内壁への反応生成物の付
着を抑制する、または付着した反応生成物を効率良く除
去することのできるプラズマ処理方法及び処理装置を提
供する。
Therefore, an object of the present invention was made in view of the above problems, and in a plasma processing apparatus having a Faraday shield provided between an induction antenna and plasma, the inner wall of a vacuum container is processed during sample processing. There is provided a plasma processing method and a processing apparatus capable of suppressing the attachment of the reaction product of the above or efficiently removing the attached reaction product.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する為に次のような手段を採用した。プラズマ生成部を
形成する真空容器に処理ガスを供給し、前記真空容器の
外周に設けられ高周波電力を印加可能なアンテナ及びフ
ァラデーシールドを用いてプラズマを生成し処理を行う
プラズマ処理方法において、前記ファラデーシールドに
少なくとも500V以上の電圧を印加し、前記真空容器
内に設けられ被エッチング材料が不揮発性材料である試
料をエッチングすることとした。
The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. A plasma processing method in which a processing gas is supplied to a vacuum container forming a plasma generation unit, and plasma is generated and processed using an antenna and a Faraday shield which are provided on the outer periphery of the vacuum container and to which high-frequency power can be applied. A voltage of at least 500 V or more was applied to the shield to etch the sample provided in the vacuum container and the material to be etched being a non-volatile material.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。図1は本発明のプラズマ処理装置
の断面図を示す。真空容器2は内部にプラズマ生成部を
形成する絶縁材料(例えば、石英,セラミック等の非導
電性材料)で成る放電部2aと、被処理物である試料1
2,試料12を配置するための電極5が配置された処理
部2bとから成る。処理部2bはアースに設置されてお
り、電極5は絶縁材を介して処理部2bに取り付けられ
る。放電部2aの外周にはコイル状の誘導結合アンテナ
1が配置されている。また、放電部2a外側には、プラ
ズマ6と静電容量的に結合する円盤状のファラデーシー
ルド8が設けられている。誘導結合アンテナ1とファラ
デーシールド8は、整合器(マッチングボックス)3を
介して第一の高周波電源10に直列に接続されている。
また、ファラデーシールド8と並列に、インピーダンス
の大きさが可変可能な回路がアースに接地してある。真
空容器2内にはガス供給装置4から処理ガスが供給され
る一方で、排気装置7によって所定の圧力に減圧排気さ
れる。ガス供給装置4より真空容器2内に処理ガスを供
給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ1とファラデーシ
ールド8により発生する電界の作用によってプラズマ化
する。電極5には第二の高周波電源11が接続されてい
る。また、第一の高周波電源10により発生する、例え
ば、13.56MHz,27.12MHz,40.68M
Hz等のHF帯や、更に周波数が高いVHF帯等の高周
波電力を誘導結合アンテナ1とファラデーシールド8に
供給することによりプラズマ生成用の電界を得ている
が、電力の反射を抑えるために整合器(マッチングボッ
クス)3を用いて、誘導結合アンテナ1のインピーダン
スを第一の高周波電源10の出力インピーダンスに一致
させている。整合器(マッチングボックス)3は、一般
的に逆L型と呼ばれる、静電容量を可変可能な可変コン
デンサ9を2個用いたものを使用している。また、プラ
ズマ6中に存在するイオンを試料12上に引き込むため
に電極5に第二の高周波電源11によりバイアス電圧を
印加する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional view of the plasma processing apparatus of the present invention. The vacuum container 2 has a discharge portion 2a made of an insulating material (for example, a non-conductive material such as quartz or ceramics) that forms a plasma generation portion therein, and a sample 1 that is the object to be processed.
2, and a processing section 2b on which an electrode 5 for arranging the sample 12 is arranged. The processing unit 2b is installed on the ground, and the electrode 5 is attached to the processing unit 2b via an insulating material. A coil-shaped inductively coupled antenna 1 is arranged on the outer periphery of the discharge part 2a. A disk-shaped Faraday shield 8 that is capacitively coupled to the plasma 6 is provided outside the discharge unit 2a. The inductively coupled antenna 1 and the Faraday shield 8 are connected in series to a first high frequency power supply 10 via a matching box (matching box) 3.
Further, in parallel with the Faraday shield 8, a circuit whose impedance can be varied is grounded. While the processing gas is supplied from the gas supply device 4 into the vacuum container 2, the exhaust gas is evacuated to a predetermined pressure by the exhaust device 7. A processing gas is supplied from the gas supply device 4 into the vacuum container 2, and the processing gas is turned into plasma by the action of the electric field generated by the inductive coupling antenna 1 and the Faraday shield 8. A second high frequency power supply 11 is connected to the electrode 5. Also, generated by the first high frequency power supply 10, for example, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68M
An electric field for plasma generation is obtained by supplying high-frequency power in the HF band such as Hz or in the VHF band having a higher frequency to the inductive coupling antenna 1 and the Faraday shield 8, but matching is performed to suppress the reflection of the power. The impedance of the inductively coupled antenna 1 is matched with the output impedance of the first high-frequency power source 10 by using a container (matching box) 3. As the matching box (matching box) 3, a matching box (generally called an inverted L type) using two variable capacitors 9 whose capacitance can be changed is used. Further, a bias voltage is applied to the electrode 5 by the second high frequency power supply 11 in order to draw the ions existing in the plasma 6 onto the sample 12.

【0009】次に、ファラデーシールド8について詳し
く説明する。図2に示すように、たて縞状のスリットを
有する金属導体からなり、真空容器に重なる形で配置さ
れる。ファラデーシールド8への電圧印加は、図1のV
C3で表される可変コンデンサ9cで調節可能としてい
る。ファラデーシールド8への電圧印加は、試料の処理
レシピによって所定の値に設定可能とした。
Next, the Faraday shield 8 will be described in detail. As shown in FIG. 2, it is made of a metal conductor having vertical stripe slits, and is arranged so as to overlap the vacuum container. The voltage applied to the Faraday shield 8 is V in FIG.
The variable capacitor 9c represented by C3 is adjustable. The voltage application to the Faraday shield 8 can be set to a predetermined value depending on the sample processing recipe.

【0010】次に、ファラデーシールド8の印加電圧の
最適化を図るために、ファラデーシールド8に印加され
た電圧と真空容器内壁にかかるシース電圧との関係をシ
ミュレーションにより算出した。
Next, in order to optimize the applied voltage to the Faraday shield 8, the relationship between the voltage applied to the Faraday shield 8 and the sheath voltage applied to the inner wall of the vacuum container was calculated by simulation.

【0011】ファラデーシールド8に高周波電圧Vfs
を印加したとき、真空容器内壁には直流電圧Vshが印
加される。このため、プラズマ中のイオンが真空容器内
壁に向かって加速され壁を叩くことになる。このイオン
加速電圧Vshは、 Vsh=Vfs/2*Dsh/((Dfs+Dch/ε)+Dsh)+Vs …(1式) で与えられる。ここでDshは真空容器内壁にできるシ
ース厚みであり、Dchは真空容器の厚み、εは真空容
器の比誘電率、Vsはプラズマ空間電位(通常約15V
程度)である。また、真空容器内壁に形成されるシース
厚みDshは、 Dsh=1E3*(25/4)/3 *(ICF/8.85E−12)-0.5 *((Mi/1.602E−19)-0.25*Vsh0.75 …(2式) で与えられる。ここでICFはプラズマの飽和電流密
度、Miはイオン質量である。上式、VshとDshの
式は連立しており、非線形な依存性を持っている。
A high frequency voltage Vfs is applied to the Faraday shield 8.
Is applied, the DC voltage Vsh is applied to the inner wall of the vacuum container. Therefore, the ions in the plasma are accelerated toward the inner wall of the vacuum container and hit the wall. This ion acceleration voltage Vsh is given by Vsh = Vfs / 2 * Dsh / ((Dfs + Dch / ε) + Dsh) + Vs (1 expression). Here, Dsh is the sheath thickness formed on the inner wall of the vacuum container, Dch is the thickness of the vacuum container, ε is the relative permittivity of the vacuum container, and Vs is the plasma space potential (usually about 15 V).
Degree). The sheath thickness Dsh formed on the inner wall of the vacuum container is Dsh = 1E3 * (2 5/4 ) / 3 * (ICF / 8.85E-12) -0.5 * ((Mi / 1.602E-19) - 0.25 * Vsh 0.75 (2) where ICF is the saturation current density of the plasma, Mi is the ion mass, and the above equations, Vsh and Dsh, are simultaneous and have non-linear dependence. ing.

【0012】図3は、厚みが10mm,15mmのアルミナ
真空容器、また、厚みが10mmの石英真空容器である場
合の、ファラデーシールド8への印加電圧Vfsとシー
ス電圧Vshとの関係を求めた結果を示す。ここでは、
プラズマは塩素プラズマ、飽和イオン電流は4mA/cm
2 とした。10mmのアルミナ真空容器においては、ファ
ラデーシールド8に500Vの電圧を印加した場合はシ
ース電圧が約60Vとなり、1500Vの電圧を印加し
た場合はシース電圧が約360Vとなることが分かる。
また、15mmのアルミナ真空容器や10mmの石英真空容
器においては、シース電圧が10mmのアルミナ真空容器
に比べ、それぞれ約7割,4割に低下しており、同等の
効果を得るためには、より高い電圧を印加する必要があ
ることが分かる。
FIG. 3 shows the result of the relationship between the applied voltage Vfs to the Faraday shield 8 and the sheath voltage Vsh in the case of an alumina vacuum container having a thickness of 10 mm and 15 mm and a quartz vacuum container having a thickness of 10 mm. Indicates. here,
Plasma is chlorine plasma, saturated ion current is 4mA / cm
2 It can be seen that in the 10 mm alumina vacuum container, the sheath voltage is about 60 V when a voltage of 500 V is applied to the Faraday shield 8 and the sheath voltage is about 360 V when a voltage of 1500 V is applied.
Further, in the 15 mm alumina vacuum container and the 10 mm quartz vacuum container, the sheath voltage is reduced to about 70% and 40%, respectively, as compared with the alumina vacuum container of 10 mm, and to obtain the same effect, It can be seen that it is necessary to apply a high voltage.

【0013】図4は、10mmのアルミナ真空容器におい
て、試料上の被エッチング材料のPtをエッチングした
時の、真空容器内壁に堆積する反応生成物堆積速度とフ
ァラデーシールド8に電圧を印加することで真空容器内
壁に付着した反応生成物を除去する反応生成物クリーニ
ング速度を示す。図4から、ファラデーシールド電圧約
500Vにて、反応生成物堆積速度と反応生成物クリー
ニング速度がほぼ釣り合うことが分かる。すなわち、P
tを処理する際に、約500Vのファラデーシールド電
圧を印加することで、真空容器内壁には反応生成物が堆
積しないことが分かる。また、真空容器内壁は過剰にク
リーニングされることもないため、真空容器内壁のアル
ミナを損傷することなく、長期にわたって安定した処理
が可能である。これにより、エッチング中に反応生成物
が真空容器内壁に付着することを抑制することができ
る。
FIG. 4 is a graph showing the deposition rate of reaction products deposited on the inner wall of the vacuum container and the voltage applied to the Faraday shield 8 when Pt as the material to be etched on the sample is etched in a 10 mm alumina vacuum container. The reaction product cleaning rate which removes the reaction product adhering to the inner wall of a vacuum container is shown. From FIG. 4, it can be seen that the reaction product deposition rate and the reaction product cleaning rate are approximately balanced at a Faraday shield voltage of about 500V. That is, P
By applying a Faraday shield voltage of about 500 V when processing t, it can be seen that no reaction product is deposited on the inner wall of the vacuum container. Further, since the inner wall of the vacuum container is not excessively cleaned, stable treatment can be performed for a long period of time without damaging the alumina on the inner wall of the vacuum container. This can prevent reaction products from adhering to the inner wall of the vacuum container during etching.

【0014】次に、図5を用いて様々なプラズマ処理方
法について説明する。Aに示す処理方法は、試料をエッ
チングする際に真空容器内壁への反応生成物の付着を抑
制するために、ファラデーシールド電圧を印加しつつ処
理を行う方法である。この方法では反応生成物の真空容
器内壁への付着を低減できるため、安定した放電を得る
ことが可能である。また、洗浄やクリーニングの回数を
低減できるため装置の稼動効率が良い。
Next, various plasma processing methods will be described with reference to FIG. The treatment method shown in A is a method of performing treatment while applying a Faraday shield voltage in order to suppress the adhesion of the reaction product to the inner wall of the vacuum container when the sample is etched. In this method, the adhesion of the reaction product to the inner wall of the vacuum container can be reduced, so that stable discharge can be obtained. Further, since the number of times of cleaning and cleaning can be reduced, the operating efficiency of the device is good.

【0015】Bに示す処理方法は、試料をn枚エッチン
グする毎にクリーニングを行う方法である。ファラデー
シールドに電圧を印加しながらエッチングを行っても完
全に反応生成物を除去できない場合や、ファラデーシー
ルドに電圧を印加せずにエッチング速度を優先した処理
等に用いる処理方法である。この方法であれば、クリー
ニングする時は、試料のエッチングガスとは異なるガス
を用いることができる。よって、クリーニング効果の高
いガスを選択すれば、完全に反応生成物を除去すること
もできる。また、クリーニング時間を短縮することも可
能である。
The treatment method shown in B is a method of cleaning every time n samples are etched. This is a processing method used when the reaction product cannot be completely removed even if etching is performed while applying a voltage to the Faraday shield, or when the etching speed is prioritized without applying a voltage to the Faraday shield. With this method, a gas different from the etching gas for the sample can be used for cleaning. Therefore, if a gas having a high cleaning effect is selected, the reaction product can be completely removed. It is also possible to shorten the cleaning time.

【0016】Cに示す処理方法は、Aの処理方法の前に
エージング処理を実施する方法である。大気開放を伴う
洗浄を実施した後に、いち早く安定した装置状態を得る
ために用いる方法である。洗浄後の装置は真空容器内壁
に様々な物質が付着しており異物が発生し易い。そのた
め、電極5にダミーウエハを搬送しファラデーシールド
に少なくとも500V以上の電圧を印加しながら塩素ガ
スを中心としたプラズマ放電を発生させることにより、
真空容器内の異物を低減させる処理を行う。その後に、
エッチングを行うことにより異物による影響を低減する
ことができる。
The treatment method shown in C is a method of performing an aging treatment before the treatment method of A. This method is used to quickly obtain a stable apparatus state after performing cleaning with opening to the atmosphere. In the apparatus after cleaning, various substances adhere to the inner wall of the vacuum container, and foreign substances are easily generated. Therefore, by carrying a dummy wafer to the electrode 5 and applying a voltage of at least 500 V or more to the Faraday shield to generate plasma discharge centered on chlorine gas,
A process for reducing foreign matter in the vacuum container is performed. After that,
By performing etching, the influence of foreign matter can be reduced.

【0017】Dに示す処理方法は、Cで説明したエージ
ング処理方法とBで説明したクリーニングとの組み合わ
せである。異物の発生や放電状態の変化,プロセスの経
時変化が特に問題となる場合に適した処理方法である。
従来、頻繁に大気開放を伴う洗浄を実施しなければなら
なかったプロセスにおいても、この処理方法を用いるこ
とにより、異物低減を図れると共に、安定したエッチン
グ性能が得ることができ、装置の稼働効率を向上させる
ことができる。
The processing method shown in D is a combination of the aging processing method described in C and the cleaning described in B. This is a processing method suitable for cases where the generation of foreign matter, changes in the discharge state, and changes over time in the process pose particular problems.
By using this treatment method, it is possible to reduce foreign substances and obtain stable etching performance even in the process that has conventionally required frequent cleaning that involves opening to the atmosphere. Can be improved.

【0018】以下、種々の不揮発性材料を本発明の処理
方法にて、エッチングした例について述べる。
Hereinafter, examples of etching various non-volatile materials by the processing method of the present invention will be described.

【0019】図6は、ファラデーシールドに約600V
の電圧を印加して1ロット(8枚)連続してAuを処理
した時のエッチング速度を示す。ファラデーシールド電
圧を印加せずに処理を行うと、処理ウエハ8枚目で反応
生成物の影響によりプラズマが消失しエッチングの続行
が不可能であったが、ファラデーシールドに電圧を印加
した処理を行うことで、エッチング速度のロット内均一
性が2.6% という安定した処理が実施できることが分
かる。ロット内均一性とは、1ロット(例えば、ウエハ
8枚,12枚,25枚毎の単位)内のウエハ毎のエッチ
ング速度のバラツキを示し、数値が低い程、安定したエ
ッチングが行われたことになる。また、NiFeのエッ
チングにおいてもAuと同様に、安定したエッチング速
度が得られ、ロット内均一性が1.3% であった。ま
た、FeNのエッチングにおいても、ロット内均一性は
約3%となり安定したエッチングを得ることができる。
FIG. 6 shows that the Faraday shield has about 600V.
The following shows the etching rate when Au is processed continuously for one lot (8 sheets) by applying the voltage of. When the processing was performed without applying the Faraday shield voltage, the plasma disappeared due to the influence of the reaction products on the eighth processed wafer, and the etching could not be continued. However, the processing was performed by applying the voltage to the Faraday shield. Therefore, it can be seen that a stable treatment with an in-lot uniformity of the etching rate of 2.6% can be performed. The intra-lot uniformity refers to the variation in the etching rate among the wafers in one lot (for example, a unit of 8 wafers, 12 wafers, and 25 wafers). The lower the value, the more stable the etching. become. Further, in the etching of NiFe, a stable etching rate was obtained as in the case of Au, and the intra-lot uniformity was 1.3%. Further, also in FeN etching, the uniformity within the lot is about 3%, and stable etching can be obtained.

【0020】図7は、ファラデーシールドに電圧を印加
せずに1ロット(8枚)連続してTaを処理した時のエ
ッチング速度を示す。Taの処理においては、経時変化
よりもエッチング速度を優先するため、ファラデーシー
ルド電圧は印加せずに処理を行う。その後で、真空容器
内壁に付着した反応生成物を除去するために、1ロット
処理後にクリーニングを行った。ロット内の均一性は約
4.8%程度であり、クリーニング実施によるロット間
均一性は約1.7%となった。ロット間均一性とは、例
えば、各ロット1枚目のウエハのエッチング速度のバラ
ツキを示し、数値が低い程、安定したクリーニングが行
われたことになる。
FIG. 7 shows the etching rate when Ta is continuously processed in one lot (8 sheets) without applying a voltage to the Faraday shield. In the Ta treatment, the etching rate is prioritized over the change over time, so the treatment is performed without applying the Faraday shield voltage. Then, in order to remove the reaction product adhering to the inner wall of the vacuum container, cleaning was performed after one lot treatment. The intra-lot uniformity was about 4.8%, and the lot-to-lot uniformity after cleaning was about 1.7%. The lot-to-lot uniformity indicates, for example, the variation in the etching rate of the first wafer in each lot. The lower the value, the more stable the cleaning.

【0021】図8は、ファラデーシールドに約700V
の電圧を印加してPtを処理した時のエッチング速度を
示す。1ロット(25枚)処理後に、ファラデーシール
ドに1500Vの電圧を印加するクリーニングを約10
分行った結果、ロット内均一性,ロット間均一性共に約
1.3%の安定した処理が実施することができる。ま
た、Irにおいても、ファラデーシールドに約600V
の電圧を印加して処理を行い、1ロット(25枚)処理
後に、上記クリーニングを行えば、ロット内均一性は約
2.9% 、ロット間均一性は約3%を得ることができ
る。
FIG. 8 shows a Faraday shield of about 700V.
The following shows the etching rate when Pt is applied by applying the voltage. After processing one lot (25 sheets), cleaning is performed by applying a voltage of 1500 V to the Faraday shield for about 10 minutes.
As a result of performing the steps, it is possible to perform a stable treatment of about 1.3% in both lot uniformity and lot uniformity. Also, even with Ir, about 600V is applied to the Faraday shield.
If the above cleaning is performed after processing one lot (25 sheets) after applying the voltage of 1), the intra-lot uniformity can be about 2.9% and the lot-to-lot uniformity can be about 3%.

【0022】次に、ファラデーシールドを用い真空容器
内壁に付着した反応生成物を適切な時間でクリーニング
するためのクリーニング時間の終点を検出する終点判定
方法について図9,図10を用いて説明する。横軸はク
リーニング時間、縦軸は発光強度を示す。
Next, a method for determining the end point for detecting the end point of the cleaning time for cleaning the reaction product attached to the inner wall of the vacuum container at an appropriate time using the Faraday shield will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The horizontal axis represents cleaning time, and the vertical axis represents emission intensity.

【0023】図9は、反応生成物の波長を観測した場合
の終点判定方法である。ファラデーシールドに電圧を印
加することで、真空容器内壁に付着した反応生成物が除
去され始める。これにより、反応生成物が電離し真空容
器内を漂うため、反応生成物の発光強度が強くなる。徐
々に真空容器内の反応生成物が除去され始めると発光強
度も下がり、2次差分も減少する。次第に2次差分が上
昇し始め0を横切るところが終点となる。
FIG. 9 shows an end point determination method when the wavelength of the reaction product is observed. By applying a voltage to the Faraday shield, the reaction products attached to the inner wall of the vacuum container start to be removed. As a result, the reaction product is ionized and drifts in the vacuum container, so that the emission intensity of the reaction product is increased. When the reaction products in the vacuum container gradually begin to be removed, the emission intensity also decreases and the secondary difference also decreases. The end point is where the secondary difference starts to rise gradually and crosses zero.

【0024】図10は、真空容器自体から発生する生成
物の波長を観測した場合の終点判定方法である。例え
ば、真空容器がアルミナ製であれば発光波長は308n
m(Al),396nm(Al)等であり、石英製であれば
391nm(SiCl),437nm(SiF)等であ
る。ファラデーシールドに電圧を印加することで、真空
容器内壁に付着した反応生成物が除去され始めるが、反
応生成物が真空容器内壁を覆っているため発光強度は低
い。徐々に真空容器内壁に付着した反応生成物が減少す
るため、真空容器の表層部が現れる。これにより、発光
強度が上昇し、2次差分も上昇する。次第に2次差分が
下降し始め0を横切るところが終点となる。
FIG. 10 shows an end point determination method when the wavelength of the product generated from the vacuum container itself is observed. For example, if the vacuum container is made of alumina, the emission wavelength is 308n.
m (Al), 396 nm (Al), etc., and 391 nm (SiCl), 437 nm (SiF), etc. if made of quartz. By applying a voltage to the Faraday shield, the reaction product attached to the inner wall of the vacuum container begins to be removed, but the reaction product covers the inner wall of the vacuum container, so that the emission intensity is low. Since the reaction products attached to the inner wall of the vacuum container gradually decrease, the surface layer of the vacuum container appears. As a result, the emission intensity increases and the secondary difference also increases. The end point is where the secondary difference gradually begins to fall and crosses zero.

【0025】このような方法を用いることにより、真空
容器内壁に反応生成物を残すこと無く、また過剰なクリ
ーニングにより真空容器内壁を損傷することが無いた
め、長期に渡って安定した処理を行うことが可能となり
真空容器の寿命も延ばすことができる。
By using such a method, the reaction product is not left on the inner wall of the vacuum container, and the inner wall of the vacuum container is not damaged by excessive cleaning. Therefore, stable treatment can be performed for a long period of time. It becomes possible to extend the life of the vacuum container.

【0026】次に、異物モニタを用いた真空容器内壁の
クリーニング間隔の最適化について説明する。従来は、
不安定なエッチングによる製品不良を防止するために、
予め設定した間隔、例えば、1ロット毎にクリーニング
を強制的に実施していた。本実施例では、試料の処理中
にリアルタイムに異物の測定を行い、予め定めておいた
上限値(例えば、エッチングに支障をきたす恐れのある
異物個数)及び下限値(例えば、試料処理前の異物個
数)に基づいて、クリーニング間隔の最適化を図る。図
11は、処理時間と異物個数との関係を示す。試料の処
理を重ねるに従いプラズマ中の異物個数は上昇する。n
枚目の試料の処理中に所定の異物個数の上限を超えた場
合、n枚目の試料の処理後、次のn+1枚目の試料の処
理は行わず、ここで、ファラデーシールドに電圧を印加
したクリーニングを実施する。このクリーニングは自動
的に実施できるように設定しておくほうが望ましい。こ
のクリーニングにおいても、異物個数のモニタを行い、
異物個数が所定の下限を超えたらクリーニングを中止
し、n+1枚目の試料の処理を開始する。これを繰り返
すことにより、クリーニング間隔の最適化が図られ、装
置の稼動効率が向上する。
Next, optimization of the cleaning interval of the inner wall of the vacuum container using the foreign matter monitor will be described. conventionally,
To prevent product defects due to unstable etching,
Cleaning was forcibly performed at preset intervals, for example, for each lot. In this embodiment, the foreign matter is measured in real time during the processing of the sample, and a predetermined upper limit value (for example, the number of foreign matter that may hinder etching) and a lower limit value (for example, the foreign matter before the sample treatment) The cleaning interval is optimized based on the number. FIG. 11 shows the relationship between the processing time and the number of foreign matters. The number of foreign particles in the plasma increases as the processing of the sample is repeated. n
If the upper limit of the predetermined number of foreign substances is exceeded during the processing of the 1st sample, after processing the nth sample, the next n + 1th sample is not processed and a voltage is applied to the Faraday shield. Perform the cleaning. It is desirable to set this cleaning so that it can be performed automatically. Also in this cleaning, the number of foreign matters is monitored,
When the number of foreign particles exceeds the predetermined lower limit, the cleaning is stopped and the processing of the (n + 1) th sample is started. By repeating this, the cleaning interval is optimized and the operating efficiency of the apparatus is improved.

【0027】次に、三塩化ホウ素と塩素の混合ガスによ
るクリーニングについて説明する。図12の(a)は、
Ruをエッチングする前のアルミナ製真空容器の放電部
2aの内側を表す。また、(b)はエッチング後の様子
を表す。黒く見える部分が反応生成物が堆積している箇
所である。この反応生成物を除去するために、クリーニ
ングガスとして塩素と酸素の混合ガスを使用して約30
分間クリーニングを行った結果を(c)に表す。反応生
成物を完全に取り除くことができなかった。次に同じ条
件においてエッチングを行い、後に三塩化ホウ素と塩素
の混合ガスを使用して約30分間のクリーニングを行っ
た結果を(d)に表す。ほぼ完全に反応生成物を除去す
ることができた。
Next, cleaning with a mixed gas of boron trichloride and chlorine will be described. FIG. 12A shows
The inside of the discharge part 2a of the alumina vacuum container before etching Ru is shown. Further, (b) shows a state after etching. The part that looks black is where the reaction products are deposited. To remove this reaction product, a mixed gas of chlorine and oxygen is used as a cleaning gas, and the amount of the reaction gas is about 30.
The result of cleaning for a period of time is shown in (c). The reaction product could not be completely removed. Next, etching is performed under the same conditions, and after that, cleaning is performed for about 30 minutes using a mixed gas of boron trichloride and chlorine. The result is shown in (d). The reaction product could be removed almost completely.

【0028】また図13の(a)は、Auをエッチング
する前のアルミナ製真空容器の放電部2aの内側を表
す。また、(b)はファラデーシールドに電圧を印加せ
ずにエッチングしたため、反応生成物が全面に付着して
いる様子が分かる。この反応生成物を除去するために、
三塩化ホウ素と塩素の混合ガスを使用して約10分間の
クリーニングを行ったところ、(c)のように、ほぼ完
全に反応生成物を除去することができた。
Further, FIG. 13A shows the inside of the discharge part 2a of the alumina vacuum container before etching Au. Further, in (b), since the Faraday shield was etched without applying a voltage, it can be seen that the reaction product adheres to the entire surface. In order to remove this reaction product,
When cleaning was performed for about 10 minutes using a mixed gas of boron trichloride and chlorine, the reaction product could be almost completely removed as shown in (c).

【0029】上述のように、クリーニングガスは、三塩
化ホウ素と塩素の混合ガスが効率が良く、特に三塩化ホ
ウ素=20%,塩素=80%に設定し、クリーニングし
た時が最も有効である。また、三塩化ホウ素と塩素の混
合ガスは様々な不揮発性材料のエッチングによって発生
する反応生成物に対してもクリーニングの効果があるこ
とが分かった。
As described above, the cleaning gas is a mixed gas of boron trichloride and chlorine with high efficiency, and it is most effective when the cleaning is performed by setting boron trichloride = 20% and chlorine = 80%. It was also found that the mixed gas of boron trichloride and chlorine has a cleaning effect on reaction products generated by etching various nonvolatile materials.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、何
れの不揮発性材料の試料においても、最適なファラデー
シールド電圧を印加することで、試料処理中に真空容器
内壁への反応生成物の付着を抑制でき、また、真空容器
内壁に堆積した反応生成物を効率良く取り除くことがで
きるプラズマ処理方法及び処理装置を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, by applying the optimum Faraday shield voltage to the sample of any nonvolatile material, the reaction product on the inner wall of the vacuum container is processed during the sample processing. It is possible to provide a plasma processing method and a processing apparatus capable of suppressing adhesion and efficiently removing reaction products deposited on the inner wall of a vacuum container.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に用いたプラズマ処理装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus used in the present invention.

【図2】本発明に用いたファラデーシールドの概略図で
ある。
FIG. 2 is a schematic view of a Faraday shield used in the present invention.

【図3】ファラデーシールド電圧とシース電圧との関係
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a Faraday shield voltage and a sheath voltage.

【図4】ファラデーシールド電圧と反応生成物クリーニ
ング速度及び反応生成物堆積速度との関係を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a Faraday shield voltage and a reaction product cleaning rate and a reaction product deposition rate.

【図5】本発明のプラズマ処理方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a plasma processing method of the present invention.

【図6】処理枚数とAuのエッチング速度との関係を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of processed wafers and the etching rate of Au.

【図7】処理枚数とTaのエッチング速度との関係を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of processed wafers and the etching rate of Ta.

【図8】処理枚数とPtのエッチング速度との関係を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of processed wafers and the Pt etching rate.

【図9】本発明の終点判定方法を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an end point determination method of the present invention.

【図10】本発明の終点判定方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an end point determination method of the present invention.

【図11】本発明のプラズマ処理方法を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a plasma processing method of the present invention.

【図12】本発明のクリーニング結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a cleaning result of the present invention.

【図13】本発明のクリーニング結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a cleaning result of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…誘導結合アンテナ、2…真空容器、2a…放電部、
2b…処理部、3…整合器(マッチングボックス)、4
…ガス供給装置、5…電極、6…プラズマ、7…排気装
置、8…ファラデーシールド、9…可変コンデンサ、1
0,11…高周波電源、12…試料。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inductive coupling antenna, 2 ... Vacuum container, 2a ... Discharge part,
2b ... Processing unit, 3 ... Matching box (matching box), 4
... Gas supply device, 5 ... Electrode, 6 ... Plasma, 7 ... Exhaust device, 8 ... Faraday shield, 9 ... Variable capacitor, 1
0, 11 ... High frequency power source, 12 ... Sample.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金清 任光 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部笠戸事業所内 (72)発明者 光田 明彦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部笠戸事業所内 (72)発明者 島田 剛 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部笠戸事業所内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括 本部笠戸事業所内 Fターム(参考) 5F004 AA01 AA15 BA20 BB11 BB13 BB28 BC02 BD03 CA03 CA06 CB02 CB16 DA04 DA11 DA26 DB08 DB12 DB29    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kim Kiyoshi Nemitsu             Yamaguchi Prefecture Kudamatsu City Oita Toyoi 794 Stock Association             Hitachi High-Technologies Corporation Design / Manufacturing             Headquarters Kasado Office (72) Inventor Akihiko Mitsuda             Yamaguchi Prefecture Kudamatsu City Oita Toyoi 794 Stock Association             Hitachi High-Technologies Corporation Design / Manufacturing             Headquarters Kasado Office (72) Inventor Tsuyoshi Shimada             Yamaguchi Prefecture Kudamatsu City Oita Toyoi 794 Stock Association             Hitachi High-Technologies Corporation Design / Manufacturing             Headquarters Kasado Office (72) Inventor Saburo Kanai             Yamaguchi Prefecture Kudamatsu City Oita Toyoi 794 Stock Association             Hitachi High-Technologies Corporation Design / Manufacturing             Headquarters Kasado Office F-term (reference) 5F004 AA01 AA15 BA20 BB11 BB13                       BB28 BC02 BD03 CA03 CA06                       CB02 CB16 DA04 DA11 DA26                       DB08 DB12 DB29

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記ファラデーシールドに少なくとも500V以上の電
圧を印加し、 前記真空容器内に設けられ被エッチング材料が不揮発性
材料である試料をエッチングすることを特徴とするプラ
ズマ処理方法。
1. A plasma processing in which a processing gas is supplied to a vacuum container forming a plasma generation unit, and plasma is generated and processed by using an Faraday shield and an antenna provided on the outer periphery of the vacuum container and capable of applying high frequency power. In the method, a voltage of at least 500 V or more is applied to the Faraday shield, and a sample provided in the vacuum container and having a non-volatile material as an etching target is etched.
【請求項2】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記ファラデーシールドに少なくとも500V以上の電
圧を印加し、 前記真空容器内壁に付着した反応生成物をクリーニング
することを特徴とするプラズマ処理方法。
2. A plasma processing in which a processing gas is supplied to a vacuum container forming a plasma generating portion, and plasma is generated and processed by using an Faraday shield and an antenna provided on the outer periphery of the vacuum container and capable of applying high frequency power. In the method, the Faraday shield is applied with a voltage of at least 500 V or more, and the reaction product adhered to the inner wall of the vacuum container is cleaned, and the plasma treatment method.
【請求項3】請求項2に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記処理ガスは、三塩化ホウ素及び塩素を含む混合
ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
3. The plasma processing method according to claim 2, wherein the processing gas is a mixed gas containing boron trichloride and chlorine.
【請求項4】請求項3に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記混合ガスの割合は、三塩化ホウ素が20%、塩
素が80%となるようにガスを供給しクリーニングする
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
4. The plasma processing method according to claim 3, wherein the gas is supplied and cleaned so that the ratio of the mixed gas is 20% boron trichloride and 80% chlorine. Processing method.
【請求項5】請求項2に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記ファラデーシールドに少なくとも1500V以
上の電圧を印加することを特徴とするプラズマ処理方
法。
5. The plasma processing method according to claim 2, wherein a voltage of at least 1500 V or more is applied to the Faraday shield.
【請求項6】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 ダミーウエハを試料台上へ搬送し、前記ファラデーシー
ルドに少なくとも500V以上の電圧を印加し、塩素を含
むガスを用いたプラズマによって、真空容器内の異物を
除去する第1のステップと、 前記第1のステップ後、前記真空容器内の試料台上に設
けられ被エッチング材料が不揮発材料である試料をエッ
チングする第2のステップと、 前記第2のステップ後、前記ファラデーシールドに少な
くとも1500V以上の電圧を印加し、三塩化ホウ素及
び塩素を含む混合ガスを用いて、真空容器内の反応生成
物を除去する第3のステップとを有することを特徴とす
るプラズマ処理方法。
6. A plasma processing in which a processing gas is supplied to a vacuum container forming a plasma generation part, and plasma is generated and processed by using an Faraday shield and an antenna provided on the outer periphery of the vacuum container and capable of applying high frequency power. In the method, a first step of transporting a dummy wafer onto a sample stage, applying a voltage of at least 500 V or more to the Faraday shield, and removing foreign matter in a vacuum container by plasma using a gas containing chlorine, After the first step, a second step of etching a sample in which the material to be etched is a non-volatile material provided on the sample table in the vacuum container; and, after the second step, at least 1500 V or more is applied to the Faraday shield. Apply a voltage and use a mixed gas containing boron trichloride and chlorine to remove the reaction products in the vacuum vessel. The plasma processing method characterized by a third step that.
【請求項7】プラズマ生成部を形成する真空容器に処理
ガスを供給し、前記真空容器の外周に設けられ高周波電
力を印加可能なアンテナ及びファラデーシールドを用い
てプラズマを生成し処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 真空容器内の異物個数を異物モニタにより検出し、異物
個数が所定の上限値を超えた場合は、ファラデーシール
ドに電圧を印加したクリーニング行い、異物個数が所定
の下限値を超えたらクリーニングを終了することを特徴
とするプラズマ処理方法。
7. A plasma processing in which a processing gas is supplied to a vacuum container forming a plasma generation part, and plasma is generated and processed using an antenna and a Faraday shield which are provided on the outer periphery of the vacuum container and to which high frequency power can be applied. In the method, the number of foreign particles in the vacuum container is detected by the foreign particle monitor.If the number of foreign particles exceeds the specified upper limit, cleaning is performed by applying a voltage to the Faraday shield. A plasma processing method characterized by terminating the above.
【請求項8】プラズマ生成部を形成する真空容器と、前
記真空容器にガスを供給するガス供給手段と、前記プラ
ズマ生成部に電界を発生するアンテナと、前記真空容器
の外周に設けられたファラデーシールドと、前記アンテ
ナ及びファラデーシールドに高周波電力を供給する高周
波電源と終点判定検出手段とを備え、 前記終点判定検出手段においては、反応生成物の発光波
長を検出することにより、前記真空容器内壁のクリーニ
ングの終点を検出することを特徴とするプラズマ処理装
置。
8. A vacuum container forming a plasma generating part, a gas supply means for supplying a gas to the vacuum container, an antenna for generating an electric field in the plasma generating part, and a Faraday provided on the outer periphery of the vacuum container. A shield, a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the antenna and the Faraday shield, and an end point determination detection means, and in the end point determination detection means, by detecting the emission wavelength of the reaction product, the inner wall of the vacuum container A plasma processing apparatus characterized by detecting an end point of cleaning.
【請求項9】プラズマ生成部を形成する真空容器と、前
記真空容器にガスを供給するガス供給手段と、前記プラ
ズマ生成部に電界を発生するアンテナと、前記真空容器
の外周に設けられたファラデーシールドと、前記アンテ
ナ及びファラデーシールドに高周波電力を供給する高周
波電源と終点判定検出手段とを備え、 前記終点判定検出手段においては、前記真空容器の材質
の発光波長を検出することにより、前記真空容器内壁の
クリーニングの終点を検出することを特徴とするプラズ
マ処理装置。
9. A vacuum container forming a plasma generating part, a gas supply means for supplying a gas to the vacuum container, an antenna for generating an electric field in the plasma generating part, and a Faraday provided on the outer periphery of the vacuum container. A shield, a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the antenna and the Faraday shield, and an end point determination detection means, wherein the end point determination detection means detects the emission wavelength of the material of the vacuum vessel, thereby the vacuum container A plasma processing apparatus, which detects an end point of cleaning an inner wall.
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